神華國華壽光發(fā)電有限責任公司 李大鵬 王召鵬 尹海鵬

1 背景

中國目前使用率最多的詞匯“霧霾”，使環(huán)境保護理念深入人心。大氣污染治理的日趨嚴格也是大勢所趨，彰顯了國家對改善環(huán)境的決心。超低排放實施以來，燃煤機組污染物排放濃度大大降低，環(huán)保排放標準上了新的臺階，對煙氣在線監(jiān)測系統(tǒng)（CEMS） 數據的準確性提出了新的要求。

山東壽光公司一期工程項目依托“黃大”鐵路，通過“上大壓小”方式建設2×1000MW 國產超超臨界燃煤發(fā)電機組，同步建設煙氣脫硫、脫銷裝置。以“農業(yè)文明”“工業(yè)文明”“生態(tài)文明”為目標，落實“高品質綠色發(fā)電”要求，建設運營國內百萬“超低排放”的燃煤機組，樹立綠色環(huán)保生態(tài)文明的品牌。

2 概述

山東壽電公司的環(huán)保設計：脫硫工藝采用濕式石灰石—石膏法，一爐一塔方式，不設GGH 裝置、不設置增壓風機，不設置煙氣旁路，脫硫系統(tǒng)與機組同步運行，利用引風機克服脫硫煙氣阻力，按燃用設計煤種時脫硫效率不小于98%進行設計，煙塵排放濃度3.56mg/Nm3，SO2設計排放濃度33.31mg/Nm3，NOx 設計排放濃度45mg/Nm3。

隨著火電廠大氣污染物排放新標準的實施，排放標準的嚴格“紅線”，對環(huán)保設施的穩(wěn)定運行要求越來越高；同樣作為連續(xù)監(jiān)測煙氣排放的CEMS 系統(tǒng)，其測量的準確性、可靠性、真實性也被提到更高的層面上來。煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)(continuous emissions monitoring system,CEMS)是由顆粒物監(jiān)測子系統(tǒng)、氣態(tài)污染物監(jiān)測子系統(tǒng)、煙氣排放參數監(jiān)測子系統(tǒng)、數據采集、傳輸與處理子系統(tǒng)等組成。由于CEMS 的核心技術門檻較高，目前國內經過國家認證檢測合格的廠家一般都是產品集成商，走的是“大件引進，系統(tǒng)國內集成”的模式。選擇合適的CEMS 設備，必須根據不同系統(tǒng)的不同適應情況進行比較，在“超低排放”的背景下探討CEMS 設備的選型顯得優(yōu)為重要。

3 CEMS 設備選型分析

3.1 量程的要求

根據超低排放和設計要求，脫硫出口煙氣粉塵、SO2、NOx 排放量非常低。為了保證測量準確、可靠，低濃度測量最重要的是低量程的設置。

根據《固定污染源煙氣排放連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)技術要求及檢測方法》（76-2017）要求：根據實際需要設置CEMS 的最大測量值，通常設置為高于排放源最大濃度的1至2倍。

根據表1比較確定脫硫出口污染物測量量程如下：

表1 污染物排放指標比較

注意：實現(xiàn)雙量程自動切換，保證儀表在環(huán)保設施正常工況和非正常工況下測量準確。

3.2 氣態(tài)污染物監(jiān)測系統(tǒng)

3.2.1 煙氣分析儀煙氣分析儀主要測量氣態(tài)污染物SO2、NOx，是CEMS 系統(tǒng)的核心，也是設備選型的主要對象。

煙氣測量原理：紅外光譜吸收、紫外光譜吸收、紫外熒光分析、化學分析、紫外差分吸收光譜。

煙氣分析儀：非分散紅外分析儀、非分散紫外分析儀、紫外熒光分析儀、化學發(fā)光NOx 監(jiān)測儀。

根據表2對比可以看出紫外熒光法吸收的光譜最小，適合測量低濃度，符合“超低排放”的設計要求，但由于是單組份測量，必須再配置化學發(fā)光法測量NOx 的分析儀。非分散紅外法吸收的光譜最大，可以測量高濃度，而且能同時測量多種組份，適用范圍廣，目前應用比較多。

表2 分析儀比較

3.2.2 煙氣采樣系統(tǒng)

煙氣采樣系統(tǒng)決定了分析儀測量的準確性。煙氣采樣系統(tǒng)的采樣方法有：完全抽取法、稀釋抽取法和直接測量法。完全抽取又分為熱濕法和冷干法,見表3。

表3 稀釋法和直接抽取冷干法比較

兩種采樣方法各具優(yōu)勢，維護量都不小，比較之下，從測量“超低排放”低濃度的角度考慮，稀釋法抽取的樣氣量小，精確度高。

3.2.3 進口品牌

由于技術原因進口分析儀占了主流，在中國市場上目前市場占有率較高的進口品牌見表4。

表4 品牌介紹

截止到目前，美國、德國、英國、日本是CEMS技術最先進的出口國。稀釋采樣法—熒光檢測技術，化學發(fā)光技術，發(fā)源地美國，技術典型品牌代表：美國賽默飛。直接抽取冷干法—不透明度光學系統(tǒng)，發(fā)源地德國，技術典型品牌代表：德國西門子。

3.2.4 結論

經過以上分析，在“超低排放”的背景下，設備選型偏重低濃度測量方向，分析儀—紫外熒光分析儀和化學發(fā)光NOx 分析儀，采樣系統(tǒng)—稀釋法，進口品牌—美國產品。

3.3 顆粒物監(jiān)測系統(tǒng)

3.3.1 測量煙氣顆粒物的方法

濁度法：①傳統(tǒng)濁度法：單光程、雙光程；②動態(tài)濁度法

光散射法：①前散射；②邊散射；③后散射

電荷法：①直流電荷轉移法；②交流電荷轉移法；③動態(tài)電荷法

抽取法：①濕氣體粉塵濃度監(jiān)測；②β 射線法衰減法

3.3.2 技術比較

技術比較，見表5。

表5

3.3.3 應用的測量儀表對比

應用的測量儀表對比，見表6。

表6

3.3.4 分析

動態(tài)濁度法和光散射法其測量原理決定了還是以光源為主，這就意味著必須維護光源的清潔保證發(fā)光率。由于濕度對其影響很大，保證光源必須連續(xù)吹掃，吹掃源有兩個：壓縮空氣和吹掃風機。壓縮空氣有兩個來源：電廠的儀用壓縮空氣和配置專用的空氣壓縮機。由于吹掃光源對壓縮空氣的質量要求很高，必須配置除水除油凈化裝置。吹掃風機也需要定期檢查更換濾網保持空氣清潔。抽取式測量法是針對濕式煙塵的設備，不受濕度影響，測量也比較準確，但是價格昂貴，維護量大。

預處理方式：SICK 和PCME為抽取加熱法，抽取后在加熱腔中加熱。賽默飛世爾、DURAG 為抽取稀釋加熱，樣氣抽取后與加熱的稀釋氣混合。

量程：PCME、DURAG 量程范圍為：低量程0～15mg/m3，高量程0～100mg/m3；SICK 量程范圍為：低量程0～5mg/m3，高量程0～200mg/m3；賽默飛世爾量程范圍為：0～250mg/m3。

精度：SICK、DURAG 精度均為滿量程2%，PCME 不確定度小于1mg/m3，賽默飛世爾為：0.25mg/m3。

3.4 結論

從測量原理、預處理、量程、精度等幾個方面比較，在“超低排放”背景下，從技術的角度（抽取式價格昂貴）優(yōu)先選擇的順序為抽取式測量法、光后散射法、動態(tài)濁度法。

4 結語

嚴格的排放標準，“超低排放”的目標都對新建和運營電廠CEMS 系統(tǒng)提出更高的要求。由于CEMS 設備選型決定了投產以后的運行質量，深入比較和分析CEMS 測量技術對于設計、選型和應用仍然具有較大的借鑒意義。